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第3题

设 kk 为正整数,SS 为奇素数组成的有限集合。证明将 SS 的元素排列在一个圆周上,使得任意相邻两数之积都具有 x2+x+kx^2+x+k(其中 xx 为某个正整数)的形式,这样的排列方式(不计旋转与反射)至多只有一种。
第 4/6 步:把良好数的条件改写为范数
通俗地说

在由 T2+T+kT^2+T+k 的根生成的环中运算,会把良好数之积变成代数整数乘积的范数,其乘法性质很好。

n2+n+k=Norm⁡(n−α)n^2+n+k=\operatorname{Norm}(n-\alpha)
详细分析

固定满足 α2+α+k=0\alpha^2+\alpha+k=0 的 α∈C\alpha\in\mathbb{C},对 n∈Z[α]n\in\mathbb{Z}[\alpha] 定义 Norm⁡(n)=nnˉ\operatorname{Norm}(n)=n\bar n,其中 αˉ=−1−α\bar\alpha=-1-\alpha 是共轭根。于是对任意整数 nn,n2+n+k=Norm⁡(n−α)n^2+n+k=\operatorname{Norm}(n-\alpha),故 nn 良好恰好意味着对这种特殊形式的代数整数 n−αn-\alpha 有 n=Norm⁡(n−α)n=\operatorname{Norm}(n-\alpha)。